Nedan följer ett transkript av denna tvivelaktiga fråga:
En svag monobasisk organisk syra $ \ ce {HA} $ är löslig i både vatten och $ \ ce {CHCl3} $. $ \ pu {500,0 cm3} $ av en lösning av $ \ ce {HA} $ i $ \ ce {CHCl3} $, med en koncentration av $ \ pu {0,057 mol dm-3} $, skakas väl med $ \ pu {500,0 cm3} $ vatten och får uppnå jämvikt vid $ \ pu {27 ° C} $. Ett vattenhaltigt lager och $ \ ce {CHCl3} $ lager separeras sedan ut; det vattenhaltiga skiktets pH befinner sig vara 3,21 under dessa förhållanden.
Dissociationskonstanten på $ \ ce {HA} $ i vatten vid $ \ pu {27 ° C} $ är $ \ pu { 1E-5 mol dm-3} $.
- Beräkna fördelningskoefficienten vid $ \ pu {27 ° C} $ för uppdelningen av $ \ ce {HA} $ mellan vatten och $ \ ce {CHCl3} $.
- I ett andra experiment, ytterligare $ \ pu {500,0 cm3} $ del av samma $ \ ce {HA} $ lösning i $ \ ce {CHCl3} $ där koncentrationen av $ \ ce {HA} $ är $ \ pu {0,057 mol dm-3} $, skakas väl med $ \ pu {500,0 cm3} $ av en $ \ pu {0,027 mol dm-3} $ vattenhaltig $ \ ce {NaOH} $ -lösning och fick nå jämvikt vid $ \ pu {27 ° C} $.
Beräkna $ \ mathrm {pH} $ för det vattenhaltiga skiktet under dessa förhållanden.
- Ange de antaganden du gör om det finns i ovanstående beräkningar.
Min lösning för Fråga 1.
- Eftersom pH ges, bestäms $ \ ce {[H ^ +] (aq)} $ av
\ begin {align } \ mathrm {pH} & = – \ log [\ ce {H ^ + ~ (aq)}] \\ [\ ce {H ^ +} ~ (\ ce { aq})] & = 10 ^ {- 3.21} \\ & = 6.16 \ cdot 10 ^ {- 4} ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}} \\ \ end {align}
-
Genom att applicera $ K_ \ mathrm {a} $ på rätt sätt, $ [\ ce {HA } ~ ({\ ce {aq}})] $ närvarande i vattenhaltigt skikt är $ 0,038 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}} $.
-
Nästa , $ [\ ce {HA} ~ (\ ce {aq})] $ närvarande i det organiska lagret kan bestämmas genom att subtrahera $ [\ ce {HA} ~ ({\ ce {aq}})] $ närvarande i vattenhaltigt lager från den initiala koncentrationen av $ [\ ce {HA} ~ ({\ ce {aq}})] $, vilket resulterar i $ 0,019 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}} $.
-
Slutligen fick jag $ K_ \ mathrm {D} = \ dfrac {[\ ce {HA} _ \ mathrm {vattenhaltigt ~ lager}]} {[\ ce {HA} _ \ mathrm {organiskt ~ lager}]} = \ dfrac {0,038 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}}} {0,019 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}}} = 2 $.
Jag hoppas att detta är korrekt, men jag är inte helt säker.
Min ofullständiga lösning för fråga 2.
- Reaktionen mellan $ \ ce {HA} $ och $ \ ce {NaOH} $ är
$$ \ ce {HA} ~ (\ ce {aq}) + \ ce { NaOH} ~ (\ ce {aq}) \ longrightarrow \ ce {NaA} ~ (\ ce {aq}) + \ ce {H2O} ~ (\ ce {l}) $$
- Antalet molar av $ \ ce {NaOH} $ närvarande är $ 0,0135 ~ \ mathrm {mol} $.
Jag är förvirrad med koncentrationen av $ \ ce {HA} $ som Jag behövde ta den här beräkningen. Inledningsvis har jag hittat koncentrationen av $ \ ce {HA} $ närvarande i organiskt skikt som $ 0,019 ~ \ mathrm {mol ~ dm ^ {- 3}} $. Måste jag använda det här eller $ 0,057 ~ \ mathrm {mol ~ dm ^ {- 3}} $?
Vilka antaganden skulle jag behöva för att ta denna beräkning?
Kommentarer
- Därefter kan [HA (aq)] närvarande i det organiska skiktet bestämmas genom att subtrahera [HA (aq) ] närvarande i vattenhaltigt skikt från den initiala koncentrationen av [HA (aq)], vilket resulterar i // Typo den sista biten bör vara från den initiala koncentrationen av [HA (CHCl3)], vilket resulterar i // Också $ K_D = 2,0 $ när man överväger signifikanta siffror
- För del 2 vet du att det finns 0,019 mol totalt (a) HA i CHCl3 (b) HA i H20 (c) A ^ – i H2O // Du vet också hur HA kommer att skiljas mellan CHCL3 och vatten. // Du vet också hur H +, A- och HA relaterar till vatten via Ka // Du vet också att $ \ ce {Na + + H + = A ^ – + OH ^ -} $ så att du har tillräckligt med ekvationer för att lösa för alla okända.
Svar
Jämvikt är verkligen beroende av artens kemiska aktiviteter, inte deras koncentrationer. Så ett övergripande antagande för båda delarna är att den kemiska artens aktiviteter är densamma som koncentrationen. Det är rimligt för dessa lösningar. Som en tumregel är antagandet tåligt för lösningar med koncentrationer över 0,1 molar.
Jag tror att du är väldigt nära rätt lösning för del 1 men jag skulle säga det lite annorlunda.
- Sedan pH ges, $ \ ce {[H ^ +]} $ i vattenfasen bestäms av
$ [\ ce {H ^ +}] = 10 ^ {- \ mathrm {pH}} = 10 ^ {- 3.21} = 6.2 \ cdot 10 ^ {- 4} ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}} $
Mantissan på pH har bara två signifikanta siffror, så bör $ \ ce {[H ^ +]} $
-
Vi vet att laddningarna i det vattenhaltiga skiktet måste balansera så $ \ ce {[H ^ +] = [A ^ -] + [OH ^ -]} $, men $ \ ce {[A ^ -] > > [OH ^ -] } $ så vi kan anta att $ \ ce {[H ^ +] = [A ^ -]} $
-
Använda $ \ ce {[H ^ +] = [ A ^ -]} $ $ K_ \ mathrm {a} $ ekvationen kan lösas för $ \ ce {[HA]} $ närvarande i vattenhaltigt skikt vilket ger $ 0,038 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3} } $.
$$ \ ce {[HA]} = \ dfrac {\ ce {[H ^ +] [A ^ -]}} {1 \ times10 ^ {- 5}} = \ dfrac {(6.2 \ times10 ^ {- 4}) ^ 2} {1 \ times10 ^ {- 5}} = 0,038 $$
-
Därefter är $ \ ce {[A -]} $ i vattenfasen obetydlig jämfört med $ \ ce {[HA]} $ i vattenfasen, så molerna $ $ ce {HA} $ närvarande i organiskt skikt kan bestämmas genom subtraktion ng mol av $ \ ce {HA} $ närvarande i vattenhaltigt skikt (0,038 * 0,5 = 0,019) från de initiala mol av $ \ ce {HA} $ (0,057 * 0,50 = 0,029), vilket resulterar i en slutlig koncentration av $ 0,020 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}} $ of $ \ ce {HA} $ i det organiska lagret.
-
Slutligen $ K_ \ mathrm {D } = \ dfrac {[\ ce {HA} _ \ mathrm {vattenhaltigt ~ lager}]} {[\ ce {HA} _ \ mathrm {organiskt ~ lager}]} = \ dfrac {0,038 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}}} {0,020 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}}} = 1,9 $
$ \ ce {[HA]} $ i båda skikten är känt för två signifikanta siffror så att $ K_D $ -värde borde ha två signifikanta siffror också.
För fråga 2.
- Reaktionen mellan $ \ ce {HA } $ och $ \ ce {NaOH} $ i vattenlösning är, som du noterade,
$$ \ ce {HA + NaOH – > Na ^ + + A ^ – + H2O} $$
-
Antag inget av $ \ ce {NaA} $ migrerar till den organiska fasen.
-
Antag att ingen $ \ ce {NaA} $ bildas heller i vattenfasen, det vill säga att både $ \ ce {Na ^ +} $ och $ \ ce {A ^ -} $ joner är helt solvatiserade.
-
Eftersom $ \ ce {[Na ^ +]} = 0,027 $ och volymen är 0,5000 $ \ mathrm {dm} ^ {- 3} $, är antalet mol av $ \ ce {NaOH} $ närvarande är $ 0,0135 $.
-
Började med 0,0295 mol HA totalt, så lösningen blir sur.
-
Eftersom avgifterna måste balansera $ \ ce {[Na ^ +] + [H ^ +] = [A ^ -] + [OH ^ -]} $, men $ \ ce {[A ^ -] > > [OH ^ -]} $ och $ \ ce {[Na ^ +] > > [H ^ +]} $ så $ \ ce {[Na ^ +] \ approx [A ^ -]} $ vilket innebär att det finns $ 0,0135 $ mol $ \ ce {[A ^ -]} $ i vattenlösningen, och 0,016 mol $ \ ce {HA} $ delas mellan vattenfasen och den organiska fasen.
-
Ovanför $ 0,016 = \ ce {0,5 [HA] _ {aq} + 0,5 [HA] _ {org}} $ och med hjälp av $ K_D $ kan vi bestämma $ \ ce {[HA] _ {aq} = 0.021} $ och $ \ ce {[HA] _ {org} = 0.011} $
-
Vi kan använda $ K_a $ att lösa för $ \ ce {[H ^ +]} $
\ begin {align} 1 \ times10 ^ {- 5} & = \ dfrac {\ ce {[H ^ +] [A -]}} {\ ce {[HA]}} \\ \ ce {[H ^ +]} & = \ dfrac {1 \ gånger 10 ^ {- 5} \ ce {[HA]}} {\ ce {[A ^ -]}} = \ dfrac {(1 \ gånger 10 ^ {- 5} ) (0.021)} {0.027} = 7.7 \ times10 ^ {- 6} \\ \ mathrm {pH} & = 5.11 \ end {align}
Kommentarer
- Karboxylsyror i organiska lösningsmedel bildar normalt dimerer, vilket gör beräkningarna mycket svårare. Jag tror att det kan vara omöjligt att få ett bra svar på den här frågan med vad som anges i frågan.
Svar
Jag tycker att frågan är lite smart och kan behöva djupare analys, en monobasisk organisk syra kan ha karboxylsyra-grupp och amingrupp, båda kan existera i vattenform genom dissociation eller genom vätebindning. Vid ovannämnda jämvikt och den utspädda initiala koncentrationen kommer det att finnas jonformer i vatten och molekylära former i vattenhaltig form. Summan HA och jonerna i denna jämvikt är i vattenhaltig form och kan vara några molekyler i organisk fas om deras summa är mindre än de initiala molerna. Så här verkar det inte finnas någon betydande mängd i $ \ ce {CHCl3} $ -fasen. Enligt min åsikt.
Kommentarer
- Du kan ’ t bara lägga till en amingrupp för denna typ av problem.